ゲームの正体を知ろう

ゲームの正体を知ろう

はじめにスマートフォンのゲームアプリや家庭用ゲーム機のゲームソフトの中身は、どうなっているのかを説明します。この節を読むことで、コンピューターのプログラムとはどのようなものかわかるはずです。それを知っておけば、この先で学ぶことが理解しやすくなるでしょう。ここで、コンピューターゲームやプログラムとは何かを考えてみましょう。

(1)コンピューター機器はプログラムで動いている

パソコン、スマートフォン、ゲーム機などで遊ぶコンピューターゲームは、単にゲームと呼ばれることが多く、本書でもゲームと呼びます。ゲームの正体を知るために、ハードウェアとソフトウェアについての話からはじめましょう。

みなさんがお使いのパソコン、スマートフォン、ゲーム機などには電子回路が組み込まれており、その中で様々なプログラムが動いています。それらのコンピューター機器はハードウェア(略してハード)と呼ばれます。ハードウェアを制御し、ハードウェアに様々な処理をさせるものがソフトウェア(略してソフト)です(図1)。

図1：ハードウェアとソフトウェア

たとえば、パソコンには、ホームページを閲覧するブラウザ、文書作成や表計算のソフトが入っています。スマートフォンには、電話を掛けるアプリや電卓アプリが入っています。SNS アプリを使ったり、ゲームアプリで遊ぶ方も多いことでしょう。ゲーム機では、様々なゲームソフトを遊ぶことができます。それらのソフトやアプリと呼ばれるものがソフトウェアです。

ゲームのような娯楽ソフトも仕事で使うビジネスソフトも、ソフトウェアはすべてコンピューターのプログラムでできています。プログラムを記述するには、プログラミング言語を使います。プログラミング言語とは、コンピューターに仕事をさせる(処理を命令する)ための言語です。有名なプログラミング言語には、C言語、C++、C#、Java、JavaScriptなどがあります。

本書では、Pythonというプログラミング言語を使います。Pythonは、ビジネスソフトの開発や学術研究の分野で広く使われるプログラミング言語です。公式サイトからダウンロードして無料で使うことができます。Pythonは数値計算に強く、AI(人工知能)の研究開発に使われることを、ご存じの方もいるでしょう。Pythonで高度なソフトウェアを開発できますが、記述ルールが簡潔で初心者が学びやすい言語でもあります。そのため、高校や大学など教育の現場でもPythonによるプログラミング学習が普及しています。

ここで1つ、みなさんに知っていただきたいことがあります。それは、ハードウェアはソフトウェアがないと動かないということです。どんなに優れたコンピューター機器でも、勝手に動くことはなく、機器に仕事をさせるには、C言語やPythonなどのプログラミング言語で作ったプログラムが必要です。プログラムについては、この先で詳しく説明します。

(2)ゲームの中身はどうなってる？

次に、ゲームというソフトウェアの中身は、どのようになっているのかを考えてみましょう(図2)。

図2：ゲームソフトの中身

ゲームには、様々なキャラクターが登場します。色々な世界を冒険するゲームもあります。みなさんが操作する主人公、敵として登場するキャラクター、ゲームの世界を形作る背景などはグラフィックデータとしてゲームの中に入っています。

また、ゲームは場面ごとに雰囲気を盛り上げるBGMが流れ、操作に合わせてSE(サウンドエフェクト：効果音)が流れます。キャラクターがしゃべるゲームもあります。それらの音は、サウンドデータとしてゲームの中に入っています。

図2のように、ゲームはプログラム、グラフィックデータ、サウンドデータで成り立っています。遊ぶ人の操作に応じてキャラクターを動かす、背景を表示する、音を鳴らすなどの処理を行うものがプログラムです。

この図では省略しましたが、セリフや物語などのテキストデータが入っているゲームもあります。たとえば、会話シーンでキャラクターのセリフが表示されるゲームは、そのセリフがテキストデータとしてゲームの中に入っています。

(3)プログラムとは？

ゲームは、プログラムで動いていることがわかりました。そのプログラムとは、具体的にどのようなものでしょう？　一言で表すと、プログラムはハードウェアに処理を命じる指示書です(図3)。

図3：プログラムは指示書

指示書とは何かは、ゲームで考えるとわかりやすいです。色々なジャンルのゲームがありますが、キャラクターをコントローラーで操るゲームを思い浮かべてみましょう(図4)。

図4：主人公を操作するゲーム

主人公のキャラクターは左キーを押すと左に動き、右キーを押すと右に動きます。この処理は、プログラムで次のような指示を、ゲーム機というハードウェアに命令して実現しています。

(4)プログラムの指示をCPUが理解する

プログラムの指示に従い、コンピューター機器の中にあるCPUと呼ばれる部品が様々な計算を行います。CPUはCentral Processing Unitの略で、日本語では中央演算処理装置と呼ばれます。その名の通り、コンピューター機器の中心的な役割を担っており、高速に計算(演算)する機能を持ちます(図5)。

CPUは計算結果に応じて、ハードウェアの各種の部品に指令を送ります。その指令によって、画面に映像が表示され、スピーカーから音声が流れます。

図5：CPUの役割

ゲーム機のコントローラーの操作や、スマートフォンの画面に触れる操作を入力といいます。画像や文章を表示することや、音を鳴らすことを出力といいます。

ここで出てきた「入力」「計算」「出力」という3 つの言葉は、プログラムを作るうえでの大切なキーワードです。コンピューターで行う計算は演算と呼ばれることが多く、ここから先は計算を「演算」という言葉で説明します。

(5)コンピューターの基本機能「入力、演算、出力」

みなさんは、本書でゲームのプログラムを作りながら、数学の知識も学びます。プログラミングはハードウェアへの指示書作りですから、指示を出す相手(コンピューター)がどのような機能を持つか知っておくのは大切なことです。

コンピューターの基本機能は、先ほど出てきた入力、演算、出力です。コンピューターが行う基本的な処理は、入力したデータを、演算で必要な形に変化させ、出力することです。

ゲームも入力、演算、出力の流れで動いています。この処理の流れは、ゲームだけでなく、あらゆるソフトウェアに共通するものです。コンピューターに関する大切な知識として覚えておきましょう。

プログラミングで入力、演算、出力の処理の流れを作りますが、どのような流れを作るかは、完成を目指すソフトウェアの内容によって違います。本書では、複数のゲームを作りながら、各ゲームの制作に必要な知識と技術、そしてどのような処理を作ればよいのかを学んでいきます。

(6)コンピューターのもう1つの大切な機能―記憶

入力、演算、出力の他に、コンピューターの大切な機能として記憶があります。記憶とは、ハードウェアの電源が入っている間、データを一時的に保持したり、電源を落としてもデータが残るように保存したりする機能のことです。

一時的なデータの保持は、CPU 内にある記憶回路や、CPU につながったメインメモリー(単にメモリーともいう)と呼ばれる部品が行います(図6)。永続的なデータの保存は、ハードディスク(HD)^*1やSSD(ソリッドステートドライブ)、USBメモリなどの機器で行います^*2。

図6：パソコン内部の構造

※1 ハードディスクドライブ(HDD)ともいいます。
※2 プログラミング言語には、ハードディスクなどにデータを書き込む命令がありますが、本書では扱いません。

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